Файл: Щербюк, Н. Д. Резьбовые соединения труб нефтяного сортамента и забойных двигателей.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 16.10.2024
Просмотров: 77
Скачиваний: 6
В табл. 8 приведены значения рекомендуемых крутящих момен тов свинчивания Мрек замков бурильных труб по ГОСТ 5286—58 и специальных по ОТУ 26-02-66, изготовленных из сталей с пре делом текучести 58 и 70 кгс/мм2 в зависимости от коэффициента трения.
В табл. 9 приведены Мрек для УБТС1 и УБТ. Мрек подсчитаны при условии: вес колонны Р = 0. Затяжка с рекомендуемыми крутя щими моментами свинчивания должна обеспечить прочность резь бового соединения при действии переменных нагрузок. В процессе выбора крутящего момента свинчивания необходимо учитывать его уменьшение приблизительно на 15% в результате приработки (для новых резьбовых соединений) и коэффициент трения в резьбе.
|
|
|
Т а б л и ц а 9 |
|
|
|
Крутящий момент свинчивания Жкр вкгс-м |
||
|
Диаметр |
при коэффициенте трения ц' = 0,09 ч -0,11 |
||
Тип УБТ |
и пределе текучести в кгс/мм* |
|||
УБТ, мм |
||||
|
|
|
||
|
|
65 |
40 |
|
УБТС1 |
89 |
450—530 |
|
|
УБТС1 |
108 |
660—800 |
— |
|
УБТС1 |
120 |
930—1120 |
— |
|
|
|
|
||
УБТС1 |
133 |
1450—1750 |
— |
|
УБТС1 |
146 |
2000—2300 |
— |
|
УБТС1 |
178 |
3600—4100 |
— |
|
УБТС1 |
203 |
4800—5400 |
— |
|
УБТС1 |
229 |
6000—6600 |
— |
|
УБТС1 |
254 |
6800—8000 |
— |
|
УБТС1 |
273 |
7500—8700 |
— |
|
УБТС1 |
299 |
8200—9200 |
— |
|
УБТ |
146 |
____ |
1300—1600 |
|
УБТ |
178 |
____ |
2650—3200 |
|
УБТ |
203 |
|
3700—4470 |
|
П р и м е ч а н и е . |
|
|
||
1. Тип УБТ |
Диаметр УБТ, мм |
°зат |
||
|
|
|
||
УБТС 1 |
|
89—178 |
0,5 о т |
|
УБТС 1 |
|
203—299 |
0,45 (Тт |
|
УБТ |
|
1 4 6 -2 0 3 |
0 .6 ат |
|
2. Значения азат приведены с учетом уменьшения |
приблизительно на |
|||
15 % после |
первого свинчивания. |
|
||
На рис. 14, а представлены графически Мрек замков бурильных труб с пределом текучести 58 кгс/мм2, а на рис. 14,6 для УБТС1 и УБТ.
40
М^кгс-м |
М,кгс-м |
Рис. 14. Рекомендуемые крутящие моменты свинчивания.
а — замков бурильных труб по ГОСТ 5286—58 и ЗУК, ЗШК по ОТУ 26-02-66; 6 — утяжеленных бу рильных труб УБТС1 по ОТУ 26-02-22-66 (/, 2) и
УБТ-146, 178 и 203 по ЧМТУ 3532-53 (3, 4).
1 — коэффициент трения в резьбе 0,11; 2 — коэф фициент трения в резьбе 0,09; 3 — коэффициент трения в резьбе 0,11; 4 — коэффициент трения в резьбе 0,09.
а
Совместное действие усилия затяжки Q
и внешней осевой нагрузки (веса колонны бурильных труб) Р
Замковое резьбовое соединение после свинчивания крутящим моментом Мкр затянуто силой Q (рис. 15, а ) . Представляет интерес нагрузка, действующая на ниппельную и муфтовую части замка в наиболее нагруженном сечении (по первому сопряженному витку резьбы) на расстоянии 24 мм от упорного уступа. Нагрузка на ниппель изменяется от величины Q в начальный момент до значе ния Q' после приложения внешней нагрузки Р (рис. 16).
Q' = |
Q + PH. |
(11.24) |
Нагрузка на муфту уменьшается |
|
|
Q " = Q — Ли- |
(11.25) |
|
На рис. 16 нанесены линии |
деформирования: ниппеля |
(/) и |
муфты (II). Эти линии выражают зависимость усилия от удлине ния (сжатия). Углы а н и а м определяют
|
tg«H = - T - ; tg a M= - i - , |
|
(11.26) |
||
где Лн — коэффициент |
податливости |
ниппеля; |
А,м— коэффициент |
||
податливости муфты: |
|
|
|
|
|
|
= |
-Г % - см/кгс; |
Хм = |
, |
(11.27) |
|
|
EHFн |
EMFм |
|
|
где |
1Н— длина ниппеля от упорного уступа до наиболее нагружен |
||||
ного |
сечения (первого |
сопряженного витка), |
/н= 24 |
мм; 1М— дли |
|
на муфты от упорного торца до наиболее нагруженного сечения
первого сопряженного витка /м= 24 мм; Е н, |
Е м — модули упруго |
сти материала ниппеля и муфты в кгс/см2; |
Fn, F м — площади по |
перечного сечения ниппельной и муфтовой частей соединения, уча ствующие в деформациях на расстоянии 24 мм от упорного усту па ниппеля и упорного торца муфты, в см2.
После закрепления резьбового соединения крутящим моментом
МКу в нем возникает усилие затяжки — осевая нагрузка |
Q. На |
грузка Q вызывает удлинение ниппеля бн и сжатие муфты бм. На |
|
замковое резьбовое соединение помимо усилия затяжки Q дейст |
|
вует внешняя нагрузка (вес колонны бурильных труб) Р, |
вызыва |
ющая дополнительное растяжение ниппеля Абн (рис. 15,6). |
|
Дополнительное усилие на ниппель |
|
PH= A6Htg a H= A6H- L . |
(11.28) |
Ан |
|
Усилие, действующее на муфту, уменьшится |
|
= Фм — Абм) — . |
(И.29) |
42
Рис. 15. Нагрузки у упорного уступа ниппеля и упорного торца муфты замкового соединения.
а — после |
приложения |
Мкр свинчивания: |
6 — после |
приложения |
нагрузки растяжения Р |
(распределение нагрузки между ниппелем |
|||
и муфтой); |
в — после |
приложения МКр |
свинчивания |
и нагрузки |
растяжения Р.
Рис. 16. Диаграмма |
усилий |
в замковом |
|
резьбовом соединении. |
|
||
бн — удлинение ниппеля; |
бм — сжатие |
муфты; |
|
Дбн— дополнительное удлинение |
ниппеля |
после |
|
нагрузки Р; Дб м— оставшееся сжатие муфты пос ле нагрузки Р.
6
При условии Д6Н— (бм—Дбм) ='Д6
РК = А6 |
- Ь |
|
Р м = |
Д б -^ -. |
(11.30) |
||
|
|
|
Лн |
|
|
|
|
Сумма усилий Рп+ Р ш = Р |
или Р = Дб |
( —— |— — ), тогда |
|
||||
|
Дб |
|
|
|
р |
(11.31) |
|
|
|
^-м + |
|
||||
|
|
|
|
|
|
||
Подставив значение Дб из формулы (11.31) в формулу (11.30), |
|||||||
определяем Р н и Р м |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4" |
" |
(11.32) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
|
^-м4" |
Р. |
(11.33) |
|
|
|
|
|
|
|
|
В формулы (11.32) |
и (11.33) |
подставим значения /н и /м из фор- |
|||||
|
f ^ч/ / |
= 1 |
и Е м = |
иIIрз определим Рн и Р м. |
|||
|
■м |
|
|||||
|
р . |
|
•^н |
|
(11.34) |
||
|
|
|
FM+ FH P; |
|
|||
|
р |
|
~ |
|
FM |
■p. |
(11.35) |
|
|
|
FH+ FM |
|
|||
|
Рн |
|
|
|
FH+ F M — ^м, ТО |
|
|
Если обозначить FM+ F tt |
— kg, |
3 |
|
||||
|
|
|
Рц = |
^нр; |
|
(11.36) |
|
|
|
|
р м = |
лмр , |
|
(11.37) |
|
где kB — коэффициент |
внешней |
нагрузки ниппеля; kM— коэффи |
|||||
циент внешней нагрузки муфты. |
|
|
|
|
|||
Значения Р н и Р м можно определить другим методом, |
так как |
||||||
|
|
Ра + |
Ли = Р\ |
(11.38) |
|||
и ба = бм, то |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рн^н |
__ Рм^м . |
(11.39) |
|||
|
|
EF„ |
|
EFH ’ |
|||
|
|
|
|
||||
|
|
= |
/н |
И Е ш = |
Е а. |
|
|
Тогда |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рн |
Рм |
(11.40) |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
Решая совместно уравнения (11.38) и (11.40), получаем форму лы (11.36) и (11.37).
При определении коэффициентов внешней нагрузки Ав и k M, ис пользуется гипотеза переноса сил. Она основана на предположе-
44
нии, что в процессе приложения осевой растягивающей нагрузки
осевые деформации шейки ниппеля |
D и кольца |
муфты С равны |
|||
(рис. 15, а). Между |
упорными плоскостями А |
и сечением |
В уве |
||
личения напряжений |
растяжения в |
среднем |
поперечном |
сечении |
|
F н и F M равны (см. рис. 15,6). |
|
\kH, |
k K\, А. |
|
|
Определяя коэффициенты внешней нагрузки |
П. Фарр |
||||
[46] считает, что условию переноса |
сил отвечает |
сечение |
ниппеля |
||
на расстоянии 19 мм от упорного уступа и сечение муфты на рас стоянии 9,5 мм от упорного торца. X. Т. Виссель [61] при оп ределении kH и k M принимает средние поперечные сечения шейки ниппеля D—/V и кольца муфты C—F M' (рис. 15, б).
Исследованиями, проведенными во ВНИИБТ, установлено, что коэффициенты внешней нагрузки ku примерно на 3— 5% меньше расчетных, определенных по отношению площадей поперечного се чения шейки ниппеля и кольца муфты на расстоянии 24 мм от упорных торцев.
В табл. 10 приведены значения коэффициентов внешней нагруз ки km kM; kH', k M' (по Висселю) и kH", kM" (по Фарру) резьбовых
Т а б л и ц а 10
Значения коэффициентов внешней нагрузки
Тип замка = Fh/(f м+ |
к к ~ |
= F m/<F H+ |
|
+ Fh) |
+ F M> |
По Висселю |
J |
По Фарру |
|
|
kH — |
|
|
4 - |
я |
|
|
км — |
||
= ^ н / ( ^ + |
= FM /'<F H+ |
|
= FH/<fM + |
/</=•„+ |
+ F H> |
+ FM ) |
|
+ f m) |
+^м ) |
ЗН-80 |
0,40 |
0,60 |
0,47 |
0,53 |
0,43 |
0,57 |
ЗН-95 |
0,43 |
0,57 |
0,50 |
0,50 |
0,50 |
0,50 |
ЗН-108 |
0,48 |
0,52 |
0,56 |
0,44 |
0,54 |
0,46 |
ЗН-ИЗ |
0,43 |
0,57 |
0,50 |
0,50 |
0,48 |
0,52 |
ЗН-140 |
0,52 |
0,48 |
0,58 |
0,42 |
0,56 |
0,44 |
ЗН-172 |
0,50 |
0,50 |
0,54 |
0,46 |
0,52 |
0,48 |
ЗН-197 |
0,42 |
0,58 |
0,44 |
0,56 |
0,43 |
0,57 |
ЗШ-108 |
0,46 |
0,54 |
0,55 |
0,45 |
0,52 |
0,48 |
ЗШ-118 |
0,47 |
0,53 |
0,56 |
0,44 |
0,53 |
0,47 |
ЗШ-146 |
0,42 |
0,58 |
0,49 |
0,51 |
0,46 |
0,54 |
ЗШ-178 |
0,44 |
0,56 |
0,47 |
0,53 |
0,46 |
0,54 |
ЗШ-203 |
0,42 |
0,58 |
0,46 |
0,54 |
0,45 |
0,55 |
ЗУ -108 |
0,46 |
0,54 |
0,55 |
0,45 |
0,52 |
0,48 |
ЗУ-120 |
0,42 |
0,58 |
0,53 |
0,47 |
0,46 |
0,54 |
ЗУ -155 |
0,46 |
0,54 |
0,51 |
0,49 |
0,49 |
0,51 |
ЗУ-185 |
0,48 |
0,52 |
0,53 |
0,47 |
0,51 |
0,49 |
ЗУ-212 |
0,49 |
0,51 |
0,55 |
0,45 |
0,53 |
0,47 |
ЗШК-Ю8 |
0,40 |
0,60 |
0,42 |
0,58 |
0,39 |
0,61 |
ЗШК-П8 |
0,47 |
0,53 |
0,56 |
0,44 |
0,52 |
0,48 |
ЗШК-133 |
0,40 |
0,60 |
0,46 |
0,54 |
0,44 |
0,56 |
ЗУК-120 |
0,43 |
0,57 |
0,46 |
0,54 |
0,44 |
0,56 |
ЗУК-146 |
0,45 |
0,55 |
0,51 |
0,49 |
0,49 |
0,51 |
ЗУК-155 |
0,44 |
0,56 |
0,51 |
0,49 |
0,50 |
0,50 |
45